Der Einfluss der Vorspannung auf die Kugelgewindetrieb-Performance in CNC-Maschinen

Die Vorspannung ist die kontrollierte axiale Kraft, die während des Betriebs einer CNC-Werkzeugmaschine auf eine Kugelumlaufspindel wirkt. Sie beseitigt axiales Spiel und minimiert das Umkehrspiel, wodurch die Steifigkeit der Spindel, die Positioniergenauigkeit und das Ansprechverhalten des Servos verbessert werden. Wie wirkt sich die Einstellung der Vorspannung also auf Kugelumlaufspindeln in CNC-Systemen aus?

Reduzierung von Axialspiel: Durch die richtige Vorspannung lassen sich Axialspiel in Kugelgewindetrieben verringern oder eliminieren, wodurch die Übertragungsgenauigkeit und Steifigkeit erhöht werden. Dies ist entscheidend für die Aufrechterhaltung hoher Genauigkeit bei komplexen Bearbeitungsaufgaben wie 5-Achs-Simultanbearbeitungen oder Dreh-Fräs-Prozessen auf Bearbeitungszentren.

Erhöhung der axialen Steifigkeit: Die Vorspannung erhöht die axiale Steifigkeit und ermöglicht es Kugelgewindetrieben, Verformungen durch Schnittkräfte (z. B. von Hochgeschwindigkeitsspindeln) und Reaktionskräfte von Linearführungen besser zu widerstehen. Dies verringert Fehler bei der Servomotornachführung.

Verschleißminderung: Durch die optimale Vorspannung wird die Kontaktgeometrie zwischen Kugeln und Laufbahnen optimiert und die Hertzsche Spannung pro Flächeneinheit reduziert. Dies verringert den Verschleiß und verlängert die Lebensdauer von Kugelgewindetrieben in geschlossenen Regelkreisen von FANUC oder Siemens.

Thermische Aspekte: Erhöhte Vorspannungen können die Reibung erhöhen, die Mutterntemperatur steigern und eine thermische Dehnung der Spindel verursachen. Zu hohe Vorspannungen erhöhen den Drehmomentbedarf des Motors, verringern die Bearbeitungseffizienz und können die Lebensdauer von Kugelgewindetrieben durch Überhitzung verkürzen.

Schmierung und Vorspannungskompatibilität: Die Vorspannungseinstellungen sollten mit dem automatischen Schmiersystem der CNC-Maschine (z. B. Intervall- oder Mikroölnebelsysteme) abgestimmt sein. Dadurch wird sichergestellt, dass der Schmierfilm unter hohem Druck intakt bleibt und Abblättern oder Korrosion verhindert werden.

Strategien zur Lastanpassung: Die Vorspannung sollte dem Schnittlastprofil des Bearbeitungszentrums entsprechen. Eine korrekte Vorspannung kompensiert die durch die Schnittkräfte verursachte Durchbiegung und erhält die Präzision. Bei hohen dynamischen Belastungen (z. B. beim Drehen und Fräsen) beschleunigt eine zu hohe Vorspannung jedoch die Materialermüdung und das Abplatzen von Kugelgewindetrieben.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine optimale Vorspannung die Steifigkeit und Bearbeitungsgenauigkeit erhöht, während eine zu hohe Vorspannung die Lebensdauer der Kugelumlaufspindel verringert. Daher sollten die Vorspannungseinstellungen sorgfältig anhand des Maschinentyps (z. B. vertikales/horizontales Bearbeitungszentrum, Portalmaschine, Dreh-Fräsmaschine) und der tatsächlichen Schnittparameter ermittelt werden. Für Beratung zur Auswahl oder technische Anfragen wenden Sie sich bitte an JSWAY CNC COMPANY!